摘要：為了遠程監控實時溫度數據，利用溫度傳感器DS18B20的特點，與AT89C51單片機構成實時溫度檢測系統，并通過LED數碼管顯示。利用無線傳輸模塊SRWF-1的特點，與單片機構成數據傳輸部分，將所測量的溫度無線傳輸發送給上位機。給出了DS18B20，SRWF-1分別和AT89-C51所構成系統的應用電路和部分程序。通過無線模塊的引入，能較好地實現遠程溫度檢測系統。
關鍵詞：8051單片機；DS18B20；溫度采集；SRWF-1無線模塊

0 引言
    隨著數字化腳步的加快，越來越多的數字化產品取代了原有的機械式儀表，從而大大提高了數據的準確率。然而，多數情況下，溫度的采集過程只在現場實時顯示，在增加了工作量的同時，也可能會造成很多不便，如進入危險區域。因此，將無線網絡應用在工業生產中，不僅能大大提高工作效率，同時也在一定程度上降低了勞動強度。
    本設計基于以上兩點，將工業生產中常用到的溫度進行數字化，并通過無線模塊將數據發送出去，在接收方利用無線接收設備接收實時的數據，從而大大降低勞動強度。

1 系統組成
    系統由單片機、溫度傳感器、串口通信模塊和無線傳輸模塊等幾部分組成。測溫系統將測得的溫度通過單片機在數碼管上實時顯示，同時，通過串口通信部分和無線模塊將數據發送給上位機。系統結構如圖1所示。

    該設計以Atmel公司生產的單片機AT89C51為核心，以數字溫度傳感器DS18B20作為溫度采集，以SRWF-1無線模塊作為無線數據傳輸，從而構成整體系統。
1．1 單片機系統
    系統采用AT89C51作為核心控制，配備4位共陰極數碼管顯示電路。AT89C51是Atmel公司推出的一種低功耗、高性能CMOS 8位微處理器，具有8 KB系統可編程FLASH存儲器；256 B RAM；32個I／O引腳，分為4個8位控制端口；看門狗定時器；2個數據指針；3個16位定時器／計數器；兩級中斷優先等級；可編程全雙工串行傳輸端口；片內晶振及時鐘電路；8個中斷源。其性能完全能夠滿足系統要求。數碼顯示采用Ytt-410391K四位7段8線數碼管，作為溫度顯示部分，并用最末一位顯示小數。
1．2 數字溫度傳感器DS18B20
    DS18B20是美國Dallas公司生產的一款可編程1-Wire數字溫度計。具有精度高，全數字化，連線少等諸多優點。其可直接將采集到的溫度轉換成數字信號，通過單條數據線串行發送出去，只要嚴格遵循規定時序邏輯和脈沖間隔，就能舍去同步時鐘信號線，做到通信期間引腳最少化，達到溫度采集目的。
1．2．1 內部結構及外部管腳
    數字式溫度傳感器DS18B20的內部結構如圖2所示，其主要由四部分組成：64位ROM和單總線接口、溫度傳感器、非揮發的溫度報警觸發器TH和TL、配置寄存器。

    DS18B20 64位閃存ROM的開始8位是產品類型的編號，接著的48位為每個器件的惟一序號，最后8位是CRC校驗碼。用于存儲用戶設定溫度上下限值的非易失性溫度報警觸發器TH和TL，使用時可通過軟件寫入、設定報警上下限值。DS18B20內部配有一個電可擦除的E2PROM，用于存儲TH、TL值，數據先寫入內部的高速暫存RAM，經校驗后在傳給E2PROM。RAM中的第5個字節為配置寄存器，用于確定溫度值的數字轉化分辨率。工作時按此寄存器中的分辨率將溫度轉化為相應精度的溫度值。
    DS18B20具有三引腳To-92小體積封裝形式，如圖3所示；溫度測量范圍為-55～+125℃，其工作電源既可在遠端引入，也可使用寄生電源方式產生；CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20通信，由于其占用微處理器的端口較少，因此可節省大量的引線和邏輯電路。

    DSB18B20各引腳介紹如下：GND為地；DQ為數據輸入／輸出端；VDD為外接供電電源輸入端(在寄生電源接線方式時接地)；NC為SOIC封裝的，NC為空引腳。
1．2．2 工作原理
    DS18B20內部的低溫度系數振蕩器能產生穩定的頻率信號f0，而高溫度系數振蕩器則將被測溫度轉化成頻率信號f。當計數器打開時，DS 18B20則對f0計數，計數器開通時間由高溫度系數振蕩器決定。芯片內部還有斜率累加器，可對頻率的非線性給予補償。其測量的結果將暫存在溫度寄存器中，可使單片機方便的將溫度讀出。
    DS18B20的核心是一個直接的數字化溫度傳感器，可將溫度值按9 b，10 b，11 b，12 b分辨率進行量化，默認分辨率為12 b，對應的溫度最小增量分別為0．5℃，0．25℃，0．125℃和0．062 5℃。當主機向DS18B20發出溫度轉化命令后，開始溫度轉換，檢測的溫度結果將存放在兩個字節中，最低位LSB在前，最高位MSB為符號位。其數據格式如下：

    其中，高位字節MSB的高5位為溫度的符號位，當溫度為正時，該5位為0，溫度為負時，統一為1。高位字節MSB的低3位和低位字節LSB的高4位共同組成溫度值的整數部分，低位字節LSB的低4位為小數位，采用二進制補碼方式存儲溫度數據。例如，當溫度為+125℃時，輸出溫度為07D0h；當溫度為+85℃時，輸出溫度為0550h；當溫度為+25．062 5℃時，輸出溫度為0191h；當溫度為-10．125℃時，輸出溫度為FF5Eh；當溫度為-55℃時，輸出溫度為FC90h。
1．2．3 硬件設計
    將DS18B20的數據輸入／輸出端與單片機AT89C51的P3．7端口相連，并將溫度值通過P1端口顯示出來。硬件原理圖如圖4所示。

1．3 SRWF-1型無線數據模塊
    SRWF-1型微功率無線數傳模塊是上海桑銳電子科技有限公司自主開發的智能型產品，該產品支持1 200 b／s，2 400 b／s，4 800 b／s，9 600 b／s，19 200 b／s等多種接口波特率，也可根據需要提供其他非標準接口波特率。
    SRWF-1型微功率無線數傳模塊具有最大10 dBm(10 mW)的微發射功率；可提供多種載頻頻率；高抗干擾能力和低誤碼率，可得到實際誤碼率為10-5～10-6；傳輸距離遠，在視距下，可靠傳輸距離大于300 m；支持多信道，多速率，可根據需要擴展到16／32信道；雙串口，三種接口方式；智能數據控制，無需編制多余程序，較大的數據緩沖區，可一次傳輸無限長度的數據；低功耗，接收電流小于20 mA，發射電流小于40 mA，休眠時電流僅為20μA；高可靠性，體積小，重量輕；兩種接口收發等待時間，既能用于高速設備(如DSP系統)也可適用低速系統(如51系統)；看門狗實時監控，使設備永不死機。
1．3．1 外形尺寸結構圖
    SRWF-1的外形結構如圖5所示。

1．3．2 接口定義
    SRWF-1提供1個9針的連接器(CON1)，其定義基于終端的連接方法如表1所示。

1．3．3 接口參數
    SRWF-1的左下角有一組5位的短路跳線(J1)，分別定義為ABCDE，設跳線開路(不插短路器)為狀態0，跳線短路(插入短路器)為狀態1。其配置方法為：
    (1)信道頻率
    J1的ABC三位跳線提供8種選擇，可通過設置ABC的短接狀態確定使用0～7號信道，只要在通信網中，ABC的跳線方式相同，就可以相互通信，其對應的頻道如表2所示。

    (2)接口方式選擇
    SRWF-1提供兩個串口，COM1(CON1的Pin3，Pin4)固定為TTL電平的UART串行口；COM2(CON1的Pin6，Pin7)可通過J1的D位來選擇接口方式：
    D=1(不接短路器)
    COM2=RS 485，RS 485的A／B口
    D=0(接短路器)
    COM2=RS 232，RS 232的TXD／RXD
    J1的E位是用來選擇校驗方式的：
    E=0(不插短路器)8E1／801 帶一位校驗位
    E=1(插短路器)8N1 不帶校驗位
    (3)波特率設定
    SRWF-1模塊提供1 200／2 400／4 800／9 600 b／s等接口波特率，波特率的設定可通過改變模塊反面的焊盤跳線(J2～J4)的狀態來確定。假設焊盤斷開為0，短路為1，焊盤跳線J4～J2的狀態和波特率對應關系如表3所示。

    (4)接口方式選擇
    本設計與單片機串口相連，采用標準RS232接口方式連接，將短路跳線D短接,其示意圖如圖6所示。其他引腳可懸空不接,以免引入干擾。

    選取3號信道，將短路跳線B，C短接，信號發送和接收頻率為431.4588MHz，將兩個SRWF-1模塊均選取此設置，則兩個無線模塊即可相互通信。
    根據本設計的需要，將SRWF-1的焊盤跳線J3，J2短接，從而得到波特率為9 600 b／s。

2 軟件設計
2．1 程序流程圖
    系統的程序流程圖如圖7所示。

2．2 部分程序
    DS18B20初始化程序：
    
 

3 結語
    DS18B20以其簡單、精度高、測溫范圍廣而被廣泛應用；8051單片機以其抗干擾強、可靠性強、容易上手等優點而廣泛使用；加上SRWF-1的使用，使在溫度采集過程中，可通過無線發送數據，方便使用，減少工作量。